芯片器官技术正逐步趋近智能化

人类芯片上的器官技术现在已经发展到了一个让人欣慰的水平，不需要侵入性就可以反映细胞的健康、电活动和分化状态。

芯片器官的出现使得科学研究发生了非常大的变化，作为一个强大的工具，芯片器官允许科研人员以一种前所未有的方式研究人类组织和器官的生理情况。通过模拟正常的血液流动、机械微环境，以及不同的组织在活的器官内如何相互作用。相比于其他的体外方法，它们提供了一个更加系统化的途径来测试药物，最终有望帮助取代动物试验。

在几周的时间里，人类细胞在芯片上生长成为完全分化的，有功能的组织，例如模拟肺部和肠道的芯片器官，而研究人员还在寻求如何理解药物、毒素以及其他干扰是如何改变组织的结构和功能的。由Don Ingber领导的来自威斯研究所的团队正在寻求一种方式，如何长时间非侵入性的监测培养在那些微流体装置内细胞的健康和成熟情况。这与测量芯片器官内细胞的电功能变化非常不同，例如大脑神经细胞或者心脏的心肌细胞，无论是正处于分化过程还是正在响应药物，它们的电活动都非常的活跃。


现在，Ingber团队同威斯核心学院成员Kit Parker的团队合作，共同致力于为这些难题寻求解决方案，通过带有嵌入式电极的器官芯片可以精确地、连续地检测跨上皮电阻（TEER）。TEER广泛的被用于衡量组织的健康和分化情况，以及实时的评估活细胞电活动，如心脏芯片模型中那样。

“这些电活动芯片器官可以帮助打开一扇窗，让我们了解人类细胞和组织在器官环境中如何行使功能，而不需要进入人体或者从芯片上将细胞取出，”Ingber说，“我们现在开始实时研究在感染、辐射、药物暴露乃至于营养不良条件下，不同的组织屏障是如何损伤的，以及它们是在何时、如何响应重建治疗而愈合的。”

TEER测量往往用于对电极之间或者跨组织－组织界面（由器官特异性上皮或者内皮组成，是很多机构人类器官芯片的核心元件）的离子流进行定量。形成组织层的上皮细胞囊括了从我们的皮肤到很多内部器官的内表面。上皮细胞排列成了紧密的血管和毛细血管，并支撑它们的功能。这些细胞层作为一道对小分子和离子的屏障，起到保护器官和支持特异化功能的作用，例如肠道的吸收或者肾脏的选择性过滤尿液。反之，药物毒性、感染、炎症以及其他有害刺激可以破坏这些屏障。TEER测量就是基于对离子通道或电阻的限制，因此可以用于评估这些细胞层基础功能的完整性，以及由药物或则其他毒剂触发的损伤反应。

“使用一个新的逐层制作工艺，我们开发了一个微流体环境，在这个环境中，TEER测量电极是芯片架构的组成部分，并且置于尽可能靠近单通道或者平行的双通道中组织生长的位置”，威斯学院工程师Olivier Henry博士说，他在芯片设计方面做了很多推动工作。“与过去的电极设计相比，这种固定几何结构允许精确测量，在实验中和实验之间实现可比较性，并且这样可以准确的告诉我们，类似肺或者肠道这样有通道的组织是如何保持形态的，以及在药物和其他操作的影响下如何瓦解的。”

威斯团队的TEER侧量器官芯片设计发表在了《Lab on a chip》上。Kit Parker指出，“未来芯片器官是仪器芯片：这个想法是让实验人员从数据收集工作中解放出来。模拟器官的连续数据收集关闭正是我们所需要的，允许我们更加有效和安全的测量长期实验中的药物。”

器官芯片更加强大，我们向前迈进了一大步。